一种可降解丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可降解丝及其制备方法，该方法是以柔性热塑性可降解聚合物与纤维素粉体为原料，采用熔融共混—挤出成型—水浴冷却—热牵伸—热定型的工艺流程，制得可降解丝；原料中，纤维素粉体的质量含量为10～60wt％；制得的可降解丝的直径为0.1μm～1.5mm，断裂强度为100～500MPa，初始模量为1～4GPa，断裂伸长率为5～30％；纤维素粉体在可降解聚合物中聚集的径向尺寸为60nm～300μm。解聚合物中聚集的径向尺寸为60nm～300μm。解聚合物中聚集的径向尺寸为60nm～300μm。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解丝及其制备方法


[0001]本专利技术属于纤维制备
，涉及一种可降解丝及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着高分子材料产业的快速发展，在给人们带来各种生活便利的同时，废弃高分子材料的“白色污染”问题已成为全世界共同关注的环境问题。近年来，可生物降解的聚合物越来越受到关注，如聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等都是商业上可生物降解的聚合物，具有许多优点，包括具有生物可降解性，可以在各种环境中降解，例如土壤掩埋或堆肥；具有良好的耐热性能以及出众的加工性能。
[0003]但柔性热塑性可降解聚合物的缺点为熔融成形时熔体强度低，刚性差等，同时，成本高且库存有限，严重限制了其制备工艺和应用。为了解决这些问题，通常的做法是常将无机填料如碳纳米管，碳纤维等作为增强相引入柔性热塑性可降解聚合物中制备复合材料来改善性能，但是，这些无机填料大多都是不可生物降解材料，会对复合材料的生物可降解性造成影响。纤维素作为一种天然的可再生高分子材料，大量存在于绿色植物中，是自然界取之不尽用之不竭的资源。性能优异，废弃后可自然降解，因此，利用纤维素与柔性热塑性可降解聚合物复合制备复合材料能得到全生物可降解材料，不会对复合材料的生物降解性产生影响。
[0004]纤维素因为具有大量羟基，具有很强的氢键作用，很容易在使用中发生纤维素的自身团聚而导致纤维素尺寸变大，进而导致纤维素与可降解聚合物混合均匀性差，纤维素在聚合物中的分散性不好，从而导致复合材料成型失败，因此现有研究中为了保证纤维素在复合材料中的分散性，选择先将纤维素在有机溶剂如氯仿，丙酮等均匀分散后与可降解聚合物制备复合材料母粒，然后再与纯聚合物混合进行成型或纺丝，如文献1(Joμrnal of Applied Polymer Science发表的《Melt
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Spμn Polylactic Acid Fibers:Effect of Cellμlose Nanowhiskers on Processing and Properties》)中，在丙酮和氯仿混合溶液中制备了PLA/CNW母料，然后采用双螺杆挤出机对含质量分数为10％的CNWs的PLA母料和纯PLA进行熔融复合，生成质量分数为1％和3％的CNWs的复合颗粒然后进行熔融纺丝，制备了拉伸强度45～60MPa，杨氏模量2.2～2.9GPa的PLA/CNWs复合纤维。利用这种制备工艺能制备得到分散比较均匀，性能优异的复合纤维，但复合纤维的制备工艺复杂，且纤维素含量低，且对纤维素的尺寸要求高，当增大纤维素含量时，仍然会有团聚现象的产生，同时，得到的复合单丝拉伸强度降低，杨氏模量也没有发生明显的增大，且均低于本专利技术得到的性能。文献2(Carbohydrate Polymers发表的《Effect of stretching on the mechanical properties in melt
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spμn poly(bμtylene sμccinate)/microfibrillated cellμlose(MFC)nanocomposites》)中，先对微纤化纤维素(MFC)进行球磨处理以改善纤维素在PBS中的分散性，使用溶剂共混制备母粒后利用毛细管流变仪在140℃的条件下熔融纺丝制备了PBS/纤维素微纤(MFC)复合单丝，复合单丝的拉伸强度在112～250MPa之间，杨氏模量高于1.2GPa，这种方法制备得到的单丝强度高，但这种方法需要前期对纤维素进行球磨处理，添
加的纤维素含量低于1wt％，且加工工艺为两步法，工艺复杂，耗时长且很难进行批量处理。文献3(The 9th International Conference on Strμctμral Analysis of Advanced Materials
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ICSAAM 2019发表的《The Effects of Filler Size and Content on the Fire Behavior of Melt
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Spμn Poly(Lactic Acid)/Cellμlose Bionanocomposite Fibers》)和文献4(Advances in Polymer Technology发表的《Morphological,Mechanical,and Thermal Characterization of Poly(Lactic Acid)/Cellμlose Multifilament Fibers PrePared by Melt Spinning》)中，采用双螺杆挤出机不经过长时间的混合直接挤出制备母粒然后通过熔融纺纱机制备了MCC含量低于5wt％的PLA/MCC复合纤维，制备得到了最大拉伸强度为113MPa的复合纤维，但是这种方法实验前，需要对部分PLA进行接枝处理作为增容剂，且添加了有机小分子作为增塑剂来提高纤维素在可降解聚合物中的分散，但得到的纤维素在复合纤维中分散不匀，纤维素含量低，性能也较差，同时，需要对纤维素和可降解聚合物进行了前处理，操作麻烦，性能和制备简易度远不如本专利提出的制备方法。
[0005]现有技术中，专利CN102295827A公开了一种聚多糖纳米晶复合聚酯材料的制备方法，将纤维素晶须或淀粉纳米晶与聚丁二酸丁二醇酯采用溶液共混或熔融共混制备得到固体混合物，然后采用热压成型制备得到复合材料，此专利提出最佳纳米晶含量为1～15％，低于本研究提出的含量，且选择了热压成型并未将复合材料挤出成丝，对得到的复合材料的性能进行表征。对现有研究进行整理发现，将纤维素作为柔性热塑性可降解聚合物的添加物来进行熔融成型的研究中，进行熔融纺丝的研究都选择采用两步法即溶液分散制备母粒后熔融纺丝制备复合纤维的制备工艺，且大部分研究为了纤维素更好的分散，会对纤维素进行表面处理，利用这种方式制备得到的复合纤维纤维素分散比较均匀，性能良好，但这种制备方式存在的缺点有：前期处理时间长，对纤维素尺寸要求高且添加的纤维素含量低于10wt％，需要氯仿丙酮等有机溶剂的参与，制备复杂，基本不可能实现连续化生产。而将纤维素和聚合物进行热压成型或注塑成型制备复合材料，操作简单，但机械性能和分散性等指标均远不能满足需求，当纤维素含量为10wt％～35wt％时，复合材料的拉伸强度最高不超过50MPa，初始模量低于2GPa，有明显的纤维素团聚现象，远低于复合纤维的性能，纤维素在复合材料中的分散性差。
[0006]此外，目前的制备技术还存在其他问题，如纤维素的尺寸不当导致复合材料纺丝失败；如利用现有方法制备得到的复合材料力学性能差。
[0007]因此，有必要选择一种简单合适的熔融加工方式，既可以避免对纤维素进行表面改性，也不需要经过溶液分散等处理来制备具有高纤维素含量的可降解丝，并通过这种制备方式制备得到具备良好力学性能，分散性等性能的可降解复合单丝。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是解决现有技术中可降解丝机械性能差和分散不匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可降解丝的制备方法，其特征是：以柔性热塑性可降解聚合物与纤维素粉体为原料，采用熔融共混—挤出成型—水浴冷却—热牵伸—热定型的工艺流程，制得可降解丝；原料中，纤维素粉体的质量含量为10～60wt％；可降解丝的直径为0.1μm～1.5mm，断裂强度为100～500MPa，初始模量为1～4GPa，断裂伸长率为5～30％。2.根据权利要求1所述的一种可降解丝的制备方法，其特征在于，柔性热塑性可降解聚合物为聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸、聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯；聚丁二酸丁二醇酯的熔点为110～130℃，特性粘度为1.2～1.6dL/g；聚乳酸的熔点为130～170℃，特性粘度为0.5～1.1dL/g；聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯的熔点为110～130℃，特性粘度为1.2～1.5dL/g，聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯中PBS和PBT的单体共聚含量比为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉梅，张阳，张玥，吉亚丽，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：